04 交通信号控制系统综述(之二)_本地控制与离线仿真

交通信号控制系统综述（之二）

——本地控制与离线仿真

朱弘戈，工学博士，高级工程师

亿阳信通股份有限公司ITS体系总工程师

本地时间表控制和本地感应控制，结合离线仿真技术，定期更新信号配时，是最为简单实用的控制技术，因此成为目前应用最为广泛的基本交通信号控制手段。

本地控制

本地控制是交通控制系统的基础，在传统的本地固定周期控制基础上，目前主要有本地时间表控制（TOD, Time of Day）和本地感应控制，应用的比较广泛。

本地时间表控制，是针对日交通量的涨落规律，例如高峰、平峰和空闲，而制订的控制方法。通过交通调查可以确定每日交通量按时间段的分布情况，进行多时段交通控制，即假定每个时段内的交通状况基本不变，计算出每个时段的周期长度及各相位的绿信比，进而确定出分时段的配时方案，本地信号机根据时钟自动进行方案的切换。

本地感应控制，针对非对称交通而制订的闭环控制方法，从实施方式上看，可以分为两种：即半感应控制和全感应控制。

半感应控制，是针对主次干道相交的交叉口，主干道的交通量明显大于次干道，并且次干道交通量波动较大，半感应控制效果较好。该控制方式，是在交叉口次干道的入口设置车辆检测器，主干道常绿，次干道常红，，只有到检测到车辆到来，才能暂时转绿放行。与半感应控制类似，全感应是在交叉口所有入口安装检测器，道路没有主次之分。交通的非对称分布，并且在小交通量的方向，交通量波动较大，是感应控制的最佳使用环境。

交通仿真

随着现代交通控制的不断发展，影响交通控制的相关因素越来越多，特别是道路交通系统的特殊性给寻找最优控制方案带来了困难。系统仿真技术深入地应用到道路交通中形成了专用的交通仿真系统。交通仿真是一种直观、方便、灵活、有效的交通分析工具，是设计和优化控制方案的有效手段。

交通仿真的发展经历了四个阶段：

●20世纪60年代初期，通用程序设计语言阶段，仿真软件多用FORTRAN

语言直接编程。

●20世纪60年代-70年代，以优化道路信号设计为应用目的。具有代表性

的有1967年D.L.罗伯逊开发的TRANSYT软件；1963年gerlough建立

的TRANS模型；以及FHWA历经十年研制的SIGOP仿真系统。

●20世纪70-80年代，这个时期由于计算机技术的发展，交通仿真模型无

论在精度还是功能方面都有了提高。其中典型代表有FHWA开发的

TRAF-NETSIM模型；1971年E.B.Lieferman建立的UTC-1模型；1974

年日本科学警察研究所开发的MISTRAN模型；1976年美国立兹大学开

发的SATURN模型。

20世纪80年代后期，专家仿真系统阶段。具有代表性的有FHWA开发的CORSIM模型；M.Van Aerde 教授开发的INTEGRATION模型；苏格

兰Quadstone Limited 公司开发的PARAMICS模型。德国PTV公司开

发的VISSIM模型等。

仿真技术在现代交通控制中得到了广泛的应用：如对道路和平面交叉口通行能力的模拟、为寻找最优配时方案对控制效果进行模拟、交叉路口和入口匝道信号灯控制评价等。

离线交通仿真与本地控制配合使用

离线仿真技术可以直接生成或定期更新信号配时方案，与本地信号控制系统配合使用，可以达到比较好的使用效果。

TRANSYT系统(traffic network study tool)，是当今世界上最负盛名的离线仿真软件，同时也是信号配时优化设计程序。自1968年第一版问世以来，历经近40年的不断发展，已经成为区域交通控制方案优化设计的强有利工具，因而被世界许多城市采用。目前享有TRANSYT软件专利的由英国道路运输研究所（TRL）享有。主要包括如下两个组成部分：

1）交通模型：用来模拟在信号灯控制下，路网的车辆行驶状况，以便计算在一组给定的信号配时方案作用下路网的运行指标。

TRANSYT交通模型采用了定数模式（Deterministic Mode），即只考虑路网上各个车流的总体情况和平均特性参数，建模时，再采用修正系数，把个别车辆行驶的随机变化因素考虑进去。

2)优化过程：改变信号配时方案并确定指标是否减少，这样经过反复试算以求得最佳的配时方案。

TRANSYT的信号配时优化过程采用“瞎子爬山”法，其基本思想，在初始方案的基础上，以一定的步距向正负两个方向做试探性调整，如果向正方向调整一个步距后，所得方案优于前一个方案，则继续以此步距向正方向调整；如果所得方案劣于初始方案，则改变方向，以相同的步距向负方向调整。通过这样反复试探来确定最优方案。

TRANSYT系统的主要问题是，计算量太大，当网络较大的时候，此问题尤为突出；系统模型优化问题本质上是一个非凸的数学规划问题，如何寻找全局最优解，在理论上还没有彻底解决，目前正在探索之中；TRANSYT模型是一种离线的优化方法，需要大量的网络几何尺寸和交通流信息，这些数据的采集，需要花费大量的人力和时间。随着城市的发展，这些交通数据的变化，会降低系统的使用效果。数据更新问题极大的限制了TRANSYT系统的使用效果。